全 文 ：’J f、r L ()
第1 8卷第 1{clj
1 9 9 8年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOI OGICA SI lCA
Vo】．1 8．No．1
Jan．． 1998
人为干扰对亚热带森林木本植物叶片
彭长连
抗氧化能力的影响。
林植芳。林桂珠 孔国辉
— 薄院华南植物研究所，广州，51。65∞
幻 々} 争
刘鸿先5 7／，
搞要 旅瓣、宗教活动及工厂废气等不同类型的凡为干扰 f起砸热带森林本萃植物荷术和马尾橙叶片瑛脂
l过 氧化产物丙二醛(MDA)古量明显增加，超氧歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶
(ASA POD砖 性和各胱甘肚(GSH)的古量则减少。荷术叶片的 MDA高于马尾橙，而SOD、CAT、ASA POD
活性和GSH含量却低于马尾橙 人为干扰使荷木和马尾松叶片蛋白总量降低，酪蛋白水解酶、氨l瞄酶和内肚
酵的活性增高 结果表明 同形式的人为干扰降低丁荷术和马尾松的抗氧化能力，加剧丁蛋白质的降解
关键词 ，苎苎些 ，! 马尾抡 1一 j
EFFECT oF HUM AN DISTURBANCE oN ANTIoXIDAT1VE
ABILITY IN LEAVES oF SUBTRoPICAL
FoREST W oODY PLANTS
Peng Changlian Lin Zh[fang Lin Guizhu Kong Guohui Liu Hongxian
(Saulh Ch～ Insf l of胁 ，，Ac emm Sinieo．，Gufnlg ，510650，Ch cnn)
Abstract Effects of different types of human disturbance which include tourism ．religion
activities．transport and 1ndustrial activities on ant[oxidative ability in Ieaves of two woody
plants(Schima superba and Pinus massoniana)Were studied in this paper．The experiment
sites were located at Dinghushan Biosphere Reserve and nearby industrial area in Guang
dong Province．h recent years，the Biosphere Reserve received nlole than 750 OOO tourists
and nearly l 20 000 vehicles each year．The[ndustrial area has a steel plant and a chemical
plant．The results show that human disturbance induced the accumulation of M DA (Mal—
ondialdehyde)in forest plant leaves．The content of GSH(Reduced glutathione)and activi
ties of SOD (Superoxide dismutase)，CAT (Catalase)and ASA—POD (Ascorbate peroxi
dase)1n 1eaves of woody plants decreased with the intensity of human disturbance． The
trend of increasing M DA was consistent with the decreasing GSH content and SOD，CAT ，
ASA—POD activities in leaves of woody plants at different disturbed sites． The conteIlt of
M DA in Schima superba leaves was higher than in Pinus massoniana leaves．but the level of
t 国家自然科学基金资助谋题L392701 38)。
投稿 日期 1 995 12 18．修改稿收到 日期 ：1 996 07—13
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102 生 态 学 报 18卷
GSH and SOD．CAT．ASA POD activities were lower in Schima superba leaves than in Pi一
“5 mdssoniand at the same disturbed site．Hunlan disturbanee also caused the decrease in
total protein content of leaves．The activities of azocasein proteinase．endoeptidase and
aminopeptidase increased with the human disturbance．The results indicate that human dis—
turbance led to a decreasing antioxidative ability and an increasing proteolysis of woody
plant leaves．
Key words： human disturbance，antioxidative ability，proteases，Schima superba，Pinus
m 口 0 Ⅱ d ．
氧毒害是氧化逆境下需氧生物受害的主要原因．光合植物细胞因其本身的有氧状态和叶绿体膜 fj类
囊体膜上存在的许多光敏感部位与不饱和脂肪酸而更易受氧伤害 ] 植物所消耗氧的大约1 用来产生活
性氧 ]，如超氧明离子自由基 (·O )、羟基 自由基(·OH)、过氧化氢(H 0：)和单线态氧 o 。同时．细胞也存=
在清除这些活性氧的多种途径，包括酶类 (SOD、CAT、ASA POD等)和抗氧化剂(抗坏血酸、还原型符胱甘
赋、u一生育酚)等的作用m 正常情况下细胞内活性氧自由基的产生和清除处于动惑平衡状藩，但在植物器
官的衰老劣变过程中- ．尤其是当植物处于干旱叫、高盐 、SO。- -或 0 和强光等逆境条件下，这种乎衡
便会遭到破坏，自由基的增加导致植物细胞的伤害。首先受到 自由基袭击的是膜系统 ：，膜的拟脂双分子
层中的多不饱和脂肪酸易被过氧化分解 ，造成膜结构的破坏。
近年来，随着经济的发展．旅游业和工业迅猛增长，生态环境日益恶化。广东鼎湖山自然保护区作为华
南著名的风景区，其生态环境和森林树木的生理特性 已受到明显的影响 孔国辉等1991年的实验结果显示
在旅游旺季(7～8月)，保护区内的旅游区大气总的悬浮微粒 (TSP)是核心区的207 ，铅含量为植心区的
1 69 硫酸盐化速率在旅游区达0．283mg SO 门OOcm d，而棱心区则为0。人为干扰引起 了保护区的环境
恶化，一些野生植物种类已经大量减少或近乎于灭绝 ]。许多研究已证明环境因子可改变植物细胞的氧化
还原状态 然而，不同』、为干扰弓f起植物代谢活动的异常是否与植物体内抗氧化能力有关则尚未见报道 ，
为此，本文探讨了不同形式的人为干扰对亚热带森林木本植物细胞保护酶类活性和抗氧化剂(还原型答胱
甘戢)以及蛋白质承解酶活性等的影响，以助于阐明』、为干扰的生理 生态效应，并作为森林和环境保护的
参考。
l 材料和方法
1 l 试验地点
在 鼎湖山自然保护区及肇庆市选4个试验 ：(1)望鹤亭(cK)，位于保护区的核心区，作为对照点．(2)
岔路边(HWS)，为进山旅游交通必经之道。(3)护林站(FSP)，位于庆云寺附近 受寺庙内朝拜香火和旅游
的影响 =(4)肇庆市龟顶山钢铁厂(sP)，距鼎湖山自然保护区18km，与化工厂毗邻。保护区内3个试验点即
望鹤亭、公路边和护林站的森林皆以季风常绿阔叶林为主，主要树种为荷木、黄果厚壳桂和锥栗等，有少量
的马尾松。林区明蔽度分别为9O 、75 和80 ，树龄多为50a以上。肇庆龟顶山钢铁厂点的森林为针叶林
型，主要树种为马尾松和黑松．人工种植，林区阴蔽度约为4o ，树龄多为10～1 5a 各实验点的土质相同，
属赤红壤 ；
1．2 样品的采集
荷木(Schima superba)和马尾橙(Pinus raassoniana)是鼎湖山亚热带森林群落不同演替阶段的代袁种，
荷术为演替后期的优势阔叶种 ，马尾松为演替前期的针叶树种：1995华夏季(7～8,9)在自然保护区的3个
试验点望鹤亭、护林站和路边分别选树高为SOm左右 的荷木和马尾松 在同一时间采集1om高度的叶片。
钢铁厂点树术为人工栽种，只有7～8m高，按树木的高度取中部的叶片
1．3 样品的分析
MDA和SOD的测定阿前文 。ASA—POD和 GSH的测定参照曾韶西等的方法 CAT活性的测定
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l期 彭长连等：人为干扰对亚热带森林木本植物叶片抗氧化能力的影响 1 03
参照 Aebi的方法 “
酪蛋白水解酶以偶氧酪蛋白(Azocase~n)为底物，酶的话性测定参照 Chrispee[s等的方法 ”]。氨肽酶
亮氨酰硝摹酰替苯胺(L Leueine P—nitroanilide)为底袖 ，内肽酶 N一苯基 L一精氯酰硝基酰替苯胺(N—Ben
zoy[一L—Argi~ine n tr。8mlI 】为底物 酶活性的测定参照M[tsuhash[等的方法 。
总蛋白的澳i定：称0．5g叶片剪碎，加 pH为7．8，裱度为50mmol／L的磷酸缓冲液2．5n~-I研磨，加10
SDS(十二烷基磺酸钠)2．5ml提取，使提取液最终的SDS浓度为5 ，放置2h后离心(8000g10m~n】，上清
液以考马斯亮兰法测定蛋白质含量。
2 实验结果
2．1 人为干扰对植物叶片丙二醛(MDA)含量的影响
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的产物，不同形式的
人为干扰点中的荷术和马尾松叶片 MDA含量都比对
照高(图】) 以对照点的 MDA为】00 ，人为干扰点护
林站、路边和锕铁厂荷木叶片的MDA分别为125．2 +
165．1 和 200 ，马 尾 松 叶片 的 MDA 为111．7 、
2．2．1 SOD活性的变化 生物体由广泛存在清除活
性氧的酶类 ．如 SOD、CAT、ASA—POD等。SOD能催化
超氧自由基歧化反应生成毒性较低的 H o。和基态氧
图2是人为干扰对植物叶片 SOD播性的影响，不同人
为干扰使荷木和马尾橙 SOD活性都下降 与对照点相
比，荷术 的 SOB活 性降 低 了1 g．6 (FSP)、57．9
(HWS)和 77 7 (sP)，马尾松 的活性 降低 了8．8
(FSP)、18 (HWS)和43．5 (sP) 随着人为干扰的加
强。SOD恬性下降与 MDA上升的趋势一致 荷木叶片
SOD播性下降的幅度较马尾橙大。尤其是受人为干扰
影响较大的路边和钢铁厂点更为明显
2．2．2 CAT，ASA—POD活性的变化 植物细胞内产
生的超 氧 自由基被 SO D歧化生成氧化能力 较小的
雏
= ￡
景暑
点
翼
磊三
宴驻地 点 Experiment sites
圈2 人为干扰对森林植物叶片 SOD活性的影响
Fig．2 Ef~t of huma~disturbance on SOD activity in
leaves of torest plants
H 0。=H 0 脒了可直接伤害细胞组分井，还可通过 Fenton反应形成氧化活性很强的-oH ．而·OH 可
在其形成部位直接攻击生物太分子棱酸、蛋白质和不饱和脂肪酸等 。因此 ，正常细胞中的 H O 必须维持
在一个较低的水平。过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(ASA POD)是直接参与清除 H 0 的酶，其
在体内活性的高低是植物抗氧化能力的标志之一 由图3可见，随着^为干扰的加强 ，CAT和 ASA POD的
活性 皆里下降的趋势。3个试验电荷木叶片的CAT活性降低了29 ～74．5 ，马尾松的CAT活性下降了
21．3 ～54 ，钢铁厂的 CAT活性下降幅度最大(图3A)。所有试验中，荷术叶片的CAT活性都低于马尾
松，f 且^为干扰弓『起荷木叶片的CAT活性下降幅度鞍马尾松太。ASA—POD的活性在荷术和马尾松叶片
中相差更明显(图3B)。同一试验点中，马尾橙叶片的 ASA PO D的活性为荷木的2．8～5．0fir。人为干扰点
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牛 志 学 报 8卷
的植物叶片 ASA I )D活性分别降低 r 24 ～76 (荷木)和1 7 ～ 9 (马培橙)。各试验点巾ASA—POD
活性变化的趋势与CA，r和 SOD活性变化相似
图3 人为十扰对森林植物叶片CAT和 ASA POD活性的影响
Fig 3 E／(ect ol human disturbance。n activities of CAT and ASA—POD in[eaves of{oTest plants
A：CAT活性 CAT lty-B：ASA POD活性 ASA POD activity
2．3 人为干扰对抗氧化刑GSH含量的影口pl
还原型的各胱甘肚(GSH)是由源的小分子抗氧化剂．参与清除 H o 及·o ，调节细胞内的氧化还原状
卷，具有重要的生理功能。细胞内的 GSH水平对外界环境变化甚为敏感，低温和干旱胁迫下GSH含量 F
降l|。” 率文中的两种试验植物叶片的GSH含量在 同形式的人为干扰电皆比对照点显著降低，其 F降程
壁同样为 SP>HWS>FSP 马尾松叶片的 GSH含量比荷木高，且随人为干扰的加强而降低的百分比低于
衙东(囝4)。
墨
#
兰
匿4 ^为干扰对森林植物叶片中GSH音量的影响
Fig 4 Efect o{huma~dismrh~nce⋯ ontent of GSH
in[eaves of／orest pla rns
图5 人为干扰对森林植物叶片总蛋白质古量的影响
Fig．5 El[cot of h⋯ n dLstuTban n total口rotem
conte~$in[eave~of{ore~t p[ants
2．4 人为干扰对植物叶片总蛋白质含量及蛋白酶活性的影响
^为干扰导致植物叶片总蛋白质含量下降(图5)。荷术 叶片总蛋白质含量下降至对照 点的73 ～
§2 一马尾松叶片 蛋白质含量下降至对照 的82 ～94 。荷木叶片 总蛋白质含量 降的幅度稍大于马
尾松 ．
为了探明蛋白质 F降的原因．进一步研究了参与蛋白降解的酶类 ．包括就链内切酶(内肚酶)和外切酶
(氡肽酶)等的活性变化。由图6可见，人为干扰提高了荷木和马尾松叶片中的酪蛋白水解酶、氡肽酶和}呵肽
酶活性t其增高程度对应于^为干扰形式和大气质量恶化趋势，并与圈5总蛋白含量下降的结果相 致，表
明总蛋白含量降低是高活性的蛋 白酶催化蛋白降解的结果，荷木叶片中蛋白水解酶活性鞍马尾松低(图
6A)．而氨肽酶千u内肽酶活性则比马尾松高(图6B，图6C)
3 讨论
鼎湖山自然保护区非核心地点的旅游活动和邻近地区工广 氨的生产活动，导致荷木和马尾松叶片中
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彭茛连等：人为于扰对亚热带森林木本植物叶片抗氧化能力的影响 105
丙 醉含量增高25 ～100 ，抗氧化酶 SOD活性下
降8．8 ～77．7 ，CA F活性下 降21．3 ～74 5 ，
ASA POD 活性降低 17 ～76 ，小分 子抗氧化剂
GSH含量降低16．7 -69 5 。丙二醛是活性氧攻击
膜脂而形成的降解产物 ，其糨累为膜结构及功能伤害
的表现 ．丙_-醛含量 与细胞内抵御活性氧毒害的保
护系统能力成反相关性．在本文备试验 的叶片中，
细胞保护系统能力随人为干扰 同而排列的顺序及
总体下降幅度，与相应的丙二醛增高顺序及幅度甚为
干H近，表明丙二醛含量的积累是细胞抗氧化能力下降
的结果，人为干扰提高了大气 中的 CO 、SO 和 NO
水平t对照点望鹤亭、人为干扰点护林站、公路边和钢
铁广森林大气 中CO。的日平均浓度分别为351、368、
372和381 pl／[ Nf) 浓度分别为34、38、48和54n[／L，
SO 浓度分别为1、3、7和20n[／L。测定的这3种气体中
SO 浓度的增高最为 著(结果另文报道) 男一方面，
旅游区大气中的高悬浮微粒量和含铅量“ 等，皆证明
这些人为干扰造成 r大气质量的恶化，并明显地影响
了植物体内活性氧代谢的平衡．削弱 r植物 自我消除 一
体内产生的和由环境圈子的理化变化而产生的活性 一
氧 自由基的能力，从而 出现 丁膜系统一定程度的伤
害，CO 、SO。和 NO 足汽车尾气和工广废气的重要组
分。汽车尾气还含有有机 自由基 ]、Pb和悬浮微粒
等 菠菜叶H经 SO。处理后，H。o 含量增高，CAT和
蛙
苗
[ ■
HW S SP
宴驻地点
Expenraent si re
^为干扰对森林植物叶片中蛋白酶粪活性的影响
6 Effect of human dis【urbance on ac【ivities of pro
teolytic enzymes in leaves of forest plants
A．酪蛋白木解酶 Azocasein proteinase B 氨肽
酶 Amtnot~ptidase C．内肚酶 Endopeptidase
ASA~POD活性 F降 ”。因此，人为干扰对森林植物叶片影响的上述结果，可能主要来 自大气中的污染物
SO 和 NO 等共同作用的结果
人为 lf扰 植物叶片蛋白质含量的下降与蛋白水解酶类活性的提高相一致。氪肽酶从肽链的氨基端
降解蛋白质一内脯酶则从肽链中间降解蛋白质 。蛋白质含量下降出现于叶片衰老和逆境条件下。水稻叶
片衰老过程中蛋白质含量下降伴以高氨肽酶活性 ] Casano等报道高光下，橡树叶绿体蛋白质的降低和
内肽酶活性随处理时氧浓度的提高而增大．活性氧可能增高内肽酶活性而加速蛋白质的降解∞] Devies指
出受 自由基攻击的蛋白质能较快地被蛋白水解酶类所识别井降解 。因此，本文中叶片蛋白质含量下降的
原田可能由于：(1 细胞抗氧化能力下降，使活性氧积累而攻击蛋白质，而被氧化的蛋白质易受到蛋白酶娄
的催化降解；(2)爱自酶粪存在于液泡z中，由于膜的氧化损伤(MDA含量增加)，可能使液泡释出较多的
蛋白酶而提高蛋白酶活性。
与马尾抡相比，荷木在同样环境下的抗氧化能力与蛋白质含量较低，丙二醛含量和氨肽酶及由肽酶话
性较高。这再次表明不同植物种娄之间对环境响应的差别。率文中阔叶植物荷木对抗人类干扰活动的能力
比针叶植物马尾松低。
综上所述．^ 为干扰引起亚热带森林中大气质量的恶化，降低丁森林植物的内在抗氧化能力，影响了
蛋白质代谢和膜系统特性，使植物易受环境的胁迫。囤此 ，为丁保护森林和生态环境，应采取一些适当的管
理歧策和措施，如限制进入保护 的游客及机动车辆数日，提倡使用无铅汽油及加强对邻近地区工厂排放
废气净化状况的监督等。
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